不同施肥处理下菠萝生长及经济效益分析

杨婷婷，金 鑫，王禹童，韩忠钰，杨劲明，邓 燕，孟 磊

（海南大学热带作物学院，海南 海口 570100）

菠萝［Ananas comrosus（L.）Mer.］又名凤梨，属凤梨科（Bromeliaceae）凤梨属（Ananas），为第三大热带水果［1-2］。我国菠萝主要分布于广东、海南、台湾、广西和福建等省［3］，其中海南省菠萝种植面积仅次于广东省，位居第二［4］。海南地处热带，有着得天独厚的热量条件，适合菠萝的生长。但海南菠萝大多种植于坡地上，土壤贫瘠且含有大量石砾，立地条件差，充足的降雨易导致养分的流失。果农为追求高产并减少施肥成本，以施用化肥为主，很少甚至不用有机肥，不合理的施肥现象较为普遍［5-6］。调查数据显示，我国菠萝园的氮磷钾施肥量为849.1～3397.5 kg·hm-2，施肥量大［7］，且利用率不高。长期过量施用化肥加剧了土壤酸化、板结及养分的不平衡，导致菠萝产量及品质的下降［8-11］，造成肥料利用率低，产生严重的环境问题。

针对化学肥料过量施用产生的严重环境问题，农业部于2015年出台了《到2020年化肥农药施用量零增长行动方案》［12］。不同作物上研究表明，减量增效、有机替代是有效的措施，不仅能有效减少化肥用量，还能在稳产甚至增产前提下提高作物品质，从而实现作物经济收益的增加。赵伟等［13］和潘可可［14］在农民常规施肥基础上，适当减少化肥用量不但不会导致蕃茄减产，反而能提高蕃茄品质；梁敬等［15］和Nava等［16］研究结果表明，减施化肥提高了苹果产量；位高生等［17］研究表明，减施化肥能够同时提高琯溪蜜柚的产量和品质。化肥减量根据施肥推荐而定，肥料效应函数、目标产量和养分需求等方法都可获得推荐量，其中“3414”试验是一种农业部推荐的可以进行一元、二元、三元肥料效应函数确定施肥量的高效方法，已经在三七［18］、香蕉［19］等多种作物上运用。有机肥含有大量有机、无机物质和有益微生物，施入土壤能够改善土壤理化性质，增加土壤肥力，为作物提供生长所需的营养［20］。在西瓜［21］、黄瓜［22］、春甘蓝［23］和辣椒［24］等果蔬上的应用研究发现，有机无机配施有助于提高产量和品质。当前，一般有3种有机替代模式：有机肥等磷量替代［25］、有机肥等氮量替代和有机肥替代氮磷钾［26］。

菠萝是一种单季生长周期较长的水果，在其生长周期内需要充足的养分供应。当前海南菠萝生产中施肥管理粗放，肥料用量大而利用率低，不利于实现菠萝生产绿色可持续发展，迫切需要合理的施肥指导。本研究采用田间试验，设置不同的施肥处理，比较分析其对菠萝生物量、产量、品质和经济效益的影响，为海南菠萝种植的科学施肥管理提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验地概况

试验地位于海南省乐东黎族自治县尖峰镇海南大学热带作物学院基地，其地理坐标为东经108°46′22″，北纬18°39′6″，海拔 66.80 m。基地年平均气温为24～25℃，年平均降水量为1279.10 mm，年蒸发量约为年降水量的2.0～2.5倍，属热带季风气候。土壤类型为燥红土，基础理化性质为：pH 6.05，有机质 0.63%，碱解氮14.70 mg·kg-1，有效磷80.17 mg·kg-1，速效钾92.84 mg·kg-1。

1.1.2 试验材料

供试菠萝品种为澳洲卡因，种苗大小基本一致，由海南万钟实业有限公司提供。供试肥料分别为15-15-15复合肥、17-17-17复合肥、尿素（N 46.40%）、氯化钾（K2O 60%）、七水硫酸镁（化学试剂，分析纯）、石灰和商品有机肥（羊粪，养分含量1.0-4.0-1.8）。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计

试验设4个处理，具体如下：处理1为不施肥对照（CK）；处理2为农户常规施肥（FP），根据农户调研施肥量的平均量确定；处理3为化肥减量（OPT1），采用在前期开展的“3414”试验基础上确定的施肥量，与农户常规施肥（FP）相比，氮减少42%，磷减少75%，钾减少45%，钙减少60%，镁增加19%，全部养分皆以化肥方式投入；处理4（OPT2）采用等氮量有机替代方式，与处理3（OPT1）总氮投入量相等，其中20%的氮由有机肥提供，与农户常规施肥（FP）相比，减磷8%，减钾34%，减钙60%，增镁19%。各处理施肥总量和不同生育时期施肥比例见表1。

表1 不同施肥处理施肥量及不同时期施肥百分比

试验采用随机区组设计，每个处理3次重复，每个小区面积为97.5 m2（15 m×6.5 m），共有15个小区。石灰在种植前15 d撒施于地表，结合翻地混入土壤；种植前2 d施基肥。处理OPT2的有机肥作为基肥一次性施入，然后起垄，覆膜。每垄种植两行菠萝，种植规格为株距40 cm、小行距50 cm、大行距140 cm，种植密度约为160株·hm-2。后期追肥采用施水肥的方式。菠萝于2017年12月23日种植，2018年10月5日催花，2019年3月21日收获。

1.2.2 测试项目和方法

生物量测定：分别在苗期（定植后0 d ）、缓慢生长中期（定植后127 d）、快速生长初期（定植后191 d）、催花期（定植后273 d）、现红期（定植后330 d）、膨果期（定植后381 d）和收获期（定植后448 d）采集菠萝植株，将其按叶、茎根、果柄、果及冠芽分开，清洗干净后在105℃杀青30 min，再于80℃下烘干至恒重，测定干重。

产量测定：2019年3月21日收获测产，每个小区连续采摘10个果称重，计算其平均值，再根据种植密度计算每公顷理论产量。

品质测定：游标卡尺测量果实纵横径；蒽酮比色法测定可溶性总糖含量；手持折光仪测定可溶性固形物含量；滴定法测定可滴定酸和维生素C［27］。

1.3 数据分析

采用Excel 2007进行基础数据处理；用SPSS 19.0进行方差分析；用LSD法进行处理间差异显著性检验。

植物干物质累积速率=干物质累积量/累积时间经济效益=总产出-总投入。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对菠萝植株干物质量的影响

各处理植株干物质量随着定植后天数的增加大体上呈“S”型累积（图1a）。定植后200 d累积较慢，此阶段FP、OPT1、OPT2的干物质量均高于CK，但3个施肥处理间差异不明显；定植200 d后，OPT1和OPT2的干物质量逐渐高于FP；进入果实发育期后（定植330 d后），各处理的干物质量明显表现为OPT2>OPT1>FP>CK。收获时，OPT2较CK、FP、OPT1分别增加120.05%、10.17%、4.03%，OPT1较CK和FP分别增加113.53%和5.90%，FP较CK增加99.74%。

图1 不同施肥处理下植株干物质量累积和累积速率

从定植到快速生长初期（0～191 d），FP、OPT1、OPT2的干物质累积速率显著高于CK，但3个处理之间无显著性差异（图1b）。在快速生长初期至催花期（191～273 d），OPT1、OPT2的干物质累积速率无差异，显著高于FP、CK。催花至现红期（273～330 d），FP干物质累积速率明显加快，高于其他3个处理。在果实发育前期（330～381 d，现红期至膨果期），OPT2干物质累积速率高于其他3个处理；到果实发育后期（381～448 d，膨果期至收获期），FP、OPT1干物质累积速率加快，与 OPT2之间无显著性差异，三者显著高于CK。整个生育期内，CK、OPT1、OPT2的最快干物质累积速率发生在快速生长初期至催花期（191～273 d），而FP的最快干物质累积速率发生在催花至现红期（273～330 d）。

从定植到催花这段时期，OPT1和OPT2间干物质累积量无差异，但都显著高于FP和CK（表2）；OPT1比FP高30.22%，比CK高161.37%；OPT2比FP高35.67%，比CK高172.31%。从催花到收获这个时间段，OPT1和OPT2之间干物质积累量无差异，OPT2和FP间干物质累积量无差异，OPT1显著低于FP；FP、OPT1和OPT2显著高于CK，FP、OPT1和OPT2比CK分别高123.95%、91.75%和100.10%。OPT1和OPT2的干物质累积主要发生在花前，OPT1和OPT2的累积比例接近57%。CK在花前与花后两个时间段的干物质累积比例相当。FP干物质累积在花后比花前多。

表2 不同施肥处理下花前与花后植株干物质累积

收获期时，菠萝植株各部位干物质所占比例表现为叶>果实>茎根>冠芽>果柄（表3）。OPT2茎根干物质所占比例显著高于CK，而施肥处理间无显著性差异。叶片干物质所占比例呈下降趋势；FP处理较CK和OPT1显著降低了果柄干物质占比；与CK相比，OPT1处理显著增加了果实干物质占比，而其他处理间无显著性差异；3个施肥处理都显著降低了冠芽干物质的占比。

表3 收获期各部位干物质所占比例 （%）

2.2 不同施肥处理对菠萝产量和品质的影响

与CK相比，FP、OPT1和OPT2产量均显著提高（表4）。OPT2产量为82.30 t·hm-2，比CK和FP分别增产95.38%和6.66%；OPT1产量为82.20 t·hm-2，比CK和FP分别增产95.16%和6.53%；FP产量为77.17 t·hm-2，比CK增产83.19%；CK产量为42.12 t·hm-2。单果鲜重、纵径、横径与纵横比在FP、OPT1和OPT2之间无显著性差异，都显著高于CK；可滴定酸CK显著高于施肥处理，施肥处理间没有差异。可溶性固形物以CK处理最高，OPT2处理最低，但处理间差异未达显著水平。维生素C含量CK处理显著高于FP、OPT1和OPT2，后三者之间无显著性差异。可溶性糖含量处理间无显著性差异。糖酸比FP显著高于CK，FP、OPT1和OPT2间无差异。可滴定酸、可溶性固形物、维生素C、可溶性糖和糖酸比都是评价菠萝内在品质的指标。综合5个指标，可以看出施肥可以提高菠萝果实品质，而减量施肥并不会降低菠萝果实品质。

2.3 不同施肥处理的经济效益分析

CK模式无需购买肥料，投入成本最低，净收益为6.14万元·hm-2（表5）。FP模式肥料投入成本最多，产出低于OPT1和OPT2，净收益仅高于CK。OPT1模式肥料投入成本最少，仅为FP模式肥料投入的48.40%，产出与OPT2相当，净收益最高，分别比CK、FP、OPT2高111.27%、21.33%、5.21%。OPT2模式产出最高，但肥料成本只比FP低24.59%，净收益略低于OPT1，分别 比CK、FP高100.81%、15.33%。CK、FP、OPT1和OPT2的产投比分别是3.69∶1、3.26∶1、4.74∶1和3.98∶1。

表4 不同施肥处理对菠萝果实产量与品质的影响

表5 不同施肥处理经济效益 （万元·hm-2）

3 讨论

3.1 不同施肥处理对菠萝生物量和产量的影响

作物产量的本质是植物干物质合成、积累和转运分配的过程［28］，因此提高作物干物质积累量是提高作物产量的一种重要手段。在水稻［29-31］、玉米［32-33］、棉花［34］和咖啡果［35］的研究中均表明，较高的干物质累积量能够保证作物获得高产。本试验结果表明，施肥能够促进菠萝生长。FP施肥量过高，与OPT1和OPT2相比在进入快速生长中期后的干物质累积量下降（图1a），产量也有所减少，表明过高施肥量并不能获得最高生物量和产量，化肥养分的投入表现出报酬递减的规律。其原因可能是FP施肥量高，导致菠萝在快速生长初期生物量累积速率快于OPT1和OPT2，叶片生长快而大，但叶片之间相互重叠，影响了植株中下层光照强度和CO2流通，不利于光合作用进行。相比之下，OPT1单施化肥，相比FP大幅度减少了NPK的投入量，一定程度上促进了植株生长。OPT2植株干物质量增加最多，较CK、FP、OPT1分别增加120.05%、10.17%、4.03%。这可能是因为一方面降低了施肥量，减少过高NPK投入带来的抑制效应，另一方面有机肥加入对土壤理化条件有一定的改善，促进了微生物活动，增加了菠萝植株养分吸收，有利于植株生长。前人研究表明，有机无机配施能够提高花生［36］和玉米［37-38］的生物量。刘亚男等［39］研究也发现施用有机肥能够提高菠萝生物量，与本研究结果相符。与FP处理相比，OPT1和OPT2处理都有不同程度的增产，这说明化肥减量、化肥减量+有机肥替代具有提高产量的潜力。

不同的施肥方式也影响着菠萝的产量。马海洋等［40］通过“3414”试验常规施肥方式得到卡因目标产量105 t·hm-2，其优化施肥量为N：281.27～436.48 kg·hm-2、P2O5：64.03～121.69 kg·hm-2、K2O：428.59～628.55 kg·hm-2。严程明等［41］通过滴灌施肥获得产量较常规施肥高，其施肥量为N：550.44 kg·hm-2、P2O5：368.45 kg·hm-2、K2O：819.20 kg·hm-2。本试验追肥采用水肥一体化，OPT1施 肥 量 为N：607 kg·hm-2、P2O5：119 kg·hm-2、K2O：680 kg·hm-2。与前人最佳施肥量有所不同，其原因可能是土壤类型、基础肥力和施肥方式不同。卢明等［42］在海南省尖峰镇的试验地较本试验地有效磷和速效钾含量偏高。其施肥量为N：772.95 kg·hm-2、P2O5：497.26 kg·hm-2、K2O：927.50 kg·hm-2。在同样的气候条件和土壤类型上，卢明等［42］用的施肥量较高，是因为菠萝品种不同。而郭继阳等［5］对海南省菠萝主产区万宁市和琼海市土壤采样调研结果与本试验地相比，其碱解氮含量比本试验地高，而有效磷和速效钾含量比本试验地低，其最佳施肥量可根据土壤基础肥力适当调整。

3.2 不同施肥处理对菠萝品质的影响

合理的施肥能够提高菠萝果实品质。Bhugaloo等［43］研究维多利亚菠萝发现，当施氮量在0 ～420 kg·hm-2时，果实纵径和单果重随施肥量增大而增大。随着施肥量的增加，巴厘菠萝果实纵径、横径和单果重也增加［44］。合理施氮也能增加香水菠萝果实的纵径和单果重［45］。本试验中3个施肥处理显著提高了菠萝果实外观品质，OPT1和OPT2相较于FP减少了氮磷钾投入量，但菠萝单果鲜重、纵横径和纵横比之间无显著性差异，说明适当减少施肥量不会降低菠萝果实的外观品质。

研究发现，过量施肥会降低芒果［46］、脐橙［47］、橄榄［48］等果实品质，适量施肥能提高蕃茄［13］和苹果［15］的品质，有机无机配施能够提高葡萄品质［49-50］。本试验结果表明，与CK相比，施肥降低了菠萝果实维生素C和可滴定酸的含量，与马海洋等［40］对菠萝研究结果一致，这可能是施肥促进果实生长产生的稀释效应。严程明等［41］研究发现，滴灌施肥比常规施肥大幅度降低了氮磷施用量，巴厘菠萝可溶性固形物含量也随之下降。本试验中3个施肥处理的施肥量有显著差异，但对澳洲卡因菠萝可溶性固形物无显著影响，一方面可能是因为菠萝品种差异，另一方面可能是3个施肥处理的果实大小无显著差异，产生的稀释效应基本一致。马海洋等［51］研究发现，施肥能提高菠萝果实可溶性糖含量和糖酸比。本试验中3个施肥处理比不施肥CK都提高了果实糖酸比，但各处理间的可溶性糖含量差异不显著。钾是植物体内多种酶的活化剂，参与糖类的合成、运输和转运，促进糖分的累积［52］。本试验中基础地力中钾含量较高，可能是CK与施肥处理可溶性糖含量差异不明显的原因。OPT2与OPT1相比，果实品质无差异，可能是有机肥替代方式、比例和气候对有机肥矿化速率的影响对2个处理的植株养分吸收并未产生明显差异。本试验的不足之处是在等氮量有机替代的基础上没有考虑等量的磷和钾，需要进一步试验验证有机替代的方式和比例。

3.3 不同施肥处理对经济效益的影响

已有研究表明，减量施肥不仅不会减产，而且节约肥料成本，使种植户的纯收入增多。臧小平等［53］对香蕉研究表明，减量施肥产值较常规施肥提高22.50%，纯收入增加2.09万元·hm-2。有机无机配施较常规施肥能够使猕猴桃［54］果农纯收益增加1.07 ～1.84万元·hm-2；在苹果［15］研究上，有机无机配施较化肥单施纯收益增加14.96%。本试验结果表明，施肥能够增加果农收入，OPT1净收入最高，分别比CK、FP和OPT2增加6.83、2.28和0.64万元·hm-2；OPT2较FP净收入增加1.64万元·hm-2。FP产投比最小，OPT1产投比最高。与其它研究相比，收益增幅和产投比都相一致。

4 结论

施肥能够促进菠萝植株干物质量累积，OPT2处理干物质积累量最高，OPT1次之。相较于FP处理，2个优化施肥处理均能保证产量且不降低果实品质。FP处理肥料投入成本最高，而OPT1处理肥料投入成本最低且净收益最高。综合产量、品质和经济收益3方面考虑，OPT1是本试验条件下理想的菠萝施肥处理。